Die
Erfindung betrifft ein Modell für
das Vollformgießen
von Gußteilen
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Modells und ein Gußteil, das
im Niederdruck- oder Schwerkraftgießverfahren unter Verwendung
eines verlorenen Modells hergestellt ist sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines Gußteils mittels
des Vollformgießens.The
The invention relates to a model for
the full mold casting
of castings
and a method of making a model and a casting that
in low pressure or gravity casting using
a lost model is made as well as a procedure for
Production of a casting by means
of full mold casting.
Gußteile können mittels
verschiedener Gießverfahren
hergestellt werden. Bekannte Gießverfahren sind das Gießen mittels
Schwerkraft, unter Niederdruck und unter Druckbeaufschlagung sowie
die hybriden Formen, wie beispielsweise das Squezzecasting, bei
dem die Gießform
mittels einer geringen Druckbeaufschlagung gefüllt und die gefüllte Gießform anschließend mit
einem Druck beaufschlagt wird. Zu unterscheiden sind die Gießverfahren
bei dem mit einem geringen Druck gearbeitet wird von denen, bei
denen die Leichtmetallschmelze einem hohen Druck ausgesetzt wird.
Zur Erzielung lokaler Werkstoffeigenschaften ist aus der DE 199 20 802 A1 ein
Verfahren zum Herstellen eines Gußstücks aus einer Leichtmetall-Legierung
in einem druckgußbeaufschlagten
Gießverfahren
unter Einsatz eines oder mehrerer infiltrierbarer Precursor-Körper, die
auch Preformen genannt werden, bekannt. In jedem Fall handelt es
sich um ein Gießverfahren,
bei dem die Schmelze während
der Erstarrung unter Druck von mehr als 10 bar steht. Auf diese
Weise lassen sich Metallkeramik-Verbundwerkstoffe herstellen, bei
denen eine Leichtmetall-Legierung, beispielsweise eine Aluminiumschmelze,
in einen porösen
Precursor-Körper
während
des Gießvorganges
hineingedrückt
wird. Die Schmelze reagiert mit den Stoffen des hohlen Precursor-Körpers, bei
denen es sich zumeist um Metalloxide handelt. Die Metalloxide werden
durch das Metall der Schmelze reduziert. Es bildet sich beispielsweise
Aluminiumoxid (Al2O3),
und das Metall bildet mit dem Leichtmetall der restlichen infiltrierten
Schmelze eine Legierung oder eine intermetallische Phase, al so beispielsweise
ein Aluminid. Es findet folglich eine chemische Reaktion zwischen den
Bestandteilen des porösen
infiltrierbaren Precursor-Körpers
und der Leichtmetallschmelze statt, und es wird ein metallkeramischer
Verbund-Werkstoff hergestellt. Auf diese Weise ist es möglich, im
Gußstück lokal
unterschiedliche Werkstoffeigenschaften zu erzeugen. Nachteilig
bei derartigen Verfahren ist die lange Einwirkdauer des Drucks,
da die benötigte Zeit
zum Infiltrieren des Precursor-Körpers
eine unerwünschte
Wärmesenke
für die
Dauergießform
darstellt. Ein weiterer Nachteil ist, dass komplexe Gießformen
mit Hinterschnitten mit druckbeaufschlagten Gießverfahren nicht herstellbar
sind.Castings can be produced by means of various casting processes. Known casting methods include casting by gravity, under low pressure and under pressure, and the hybrid forms, such as Squezzecasting, in which the mold is filled by means of a small pressurization and then the filled mold is subjected to a pressure. A distinction should be made between the casting methods, which are operated at a low pressure and those at which the light metal melt is subjected to high pressure. To achieve local material properties is from the DE 199 20 802 A1 a method for producing a casting of a light metal alloy in a die-cast casting method using one or more infiltrierbarbarer precursor bodies, which are also called preforms known. In any case, it is a casting process in which the melt is under pressure of more than 10 bar during solidification. In this way, metal-ceramic composite materials can be produced in which a light metal alloy, for example an aluminum melt, is forced into a porous precursor body during the casting process. The melt reacts with the substances of the hollow precursor body, which are mostly metal oxides. The metal oxides are reduced by the metal of the melt. For example, alumina (Al 2 O 3 ) is formed, and the metal forms an alloy or intermetallic phase with the light metal of the remaining infiltrated melt, such as an aluminide. Consequently, a chemical reaction takes place between the components of the porous infiltratable precursor body and the light metal melt, and a metal-ceramic composite material is produced. In this way it is possible to produce locally different material properties in the casting. A disadvantage of such methods is the long exposure time of the pressure, since the time required for infiltrating the precursor body represents an undesirable heat sink for the permanent mold. Another disadvantage is that complex molds with undercuts with pressurized casting process can not be produced.
Aus
der europäischen
Patentschrift EP 0
449 356 B1 ist ein in einer metallischen Dauerform gegossener,
buchsenloser Einzelzylinder- oder Mehrzylinderblock aus einer Aluminiumlegierung
für Verbrennungskraftmaschinen
mit in der Aluminiummatrix eingebetteten, gleichmäßig darin
verteilten, über
die Zylinderlaufbahn herausragenden, mechanisch geglätteten Siliciumkörnern bekannt,
der sich dadurch auszeichnet, daß in den Zylinder ein die Zylinderlaufbahn bildender,
mit untereutektischer Aluminiumlegierung penetrierter hohlzylinderförmiger Faserformkörper aus
keramischen Fasern mit darin eingefügten Siliciumkörnern und/oder
Hartstoffkörnern
in Form von Siliciumcarbit, Chrom-, Wolfram-, Molybdän-, Titan-, Niob-,
Vanadiumcarbiden, -nitriden, -siliciden einzeln oder zu mehreren
eingegossen sind. Die Siliciumkörner
und/oder Hartstoffkörner
ragen als Traggerüst
für die
Kolbenringe und den Kolbenschaft aus der Zylinderlaufbahn heraus,
wobei der Faseranteil und der Anteil an Siliciumkörnern und
oder Hartstoffkörnern so
groß ist,
daß ein
großflächiger Kontakt
zwischen der Aluminiumlegierungsmatrix des Zylinders und dem Kolbenschaft
entstehen kann. Zur Herstellung des Einzelzylinders beziehungsweise
des Mehrzylinderblocks wird der erwärmte Faserformkörper auf
die Pinole der Gießform
aufgesetzt und die Aluminiumlegierungsschmelze in die Gießform eingefüllt und
unter Druck zur Erstarrung gebracht. Das Infiltrieren solcher Faserformkörper ist
nur mittels einer Druckbeaufschlagung möglich.From the European patent EP 0 449 356 B1 is a cast in a metallic permanent form, single-cylinder or cylinder-cylinder single cylinder of aluminum alloy for internal combustion engines embedded in the aluminum matrix, uniformly distributed therein, over the cylinder bore outstanding, mechanically smoothed silicon grains known, which is characterized in that in the cylinder, the cylinder liner forming, penetrated with hypoeutectic aluminum alloy hollow cylindrical shaped fiber body made of ceramic fibers with inserted therein silicon grains and / or hard grains in the form of silicon carbide, chromium, tungsten, molybdenum, titanium, niobium, vanadium carbides, nitrides, silicides individually or to several are poured. The silicon grains and / or hard grains protrude out of the cylinder bore as a supporting framework for the piston rings and the piston skirt, the fiber content and the proportion of silicon grains and / or hard grains being so great that large-area contact can occur between the aluminum alloy matrix of the cylinder and the piston skirt. To produce the single cylinder or the multi-cylinder block, the heated fibrous formed body is placed on the quill of the mold and filled the aluminum alloy melt in the mold and brought to solidification under pressure. The infiltration of such fiber moldings is possible only by means of a pressurization.
Ein
Gießverfahren,
bei dem das Niederdruck- oder Schwerkraftgießen eingesetzt wird, ist das
Vollformgießverfahren,
wie es aus der DE
195 40 231 A1 bekannt ist. Beim Vollformgießverfahren
werden verlorene, in der Form verbleibende Modelle in einen für gewöhnlich binderfreien
Formstoff eingebettet, der eine einteilige Form bil det. Die Modelle
zur Durchführung
des Vollformgießverfahrens
bestehen dabei bisher aus aufgeschäumtem Kunststoff, in der Regel
Polystyrol, sie werden durch das Eingießen flüssigen Metalls in die Form
kontinuierlich zersetzt. Das flüssige
Metall verdrängt
dabei das Kunststoffmodell und bildet schließlich ein Vollform-Gußteil, das
in seiner Gestalt dem nun zerstörten
verlorenen Modell entspricht. Zur Vermeidung von Verunreinigungseinschlüssen im
Gußstück ist es
bekannt, den Modellen metallorganische Verbindungen zuzusetzen,
um die Bildung von Kohlenstoff teilweise oder ganz zu unterbinden.A casting method using low pressure or gravity casting is the all-cast casting method as disclosed in US Pat DE 195 40 231 A1 is known. In the case of the full-casting method, lost molds remaining in the mold are embedded in a usually binder-free molding material which forms a one-piece mold. The models for carrying out the Vollformgießverfahrens consist of foamed plastic, usually polystyrene, they are continuously decomposed by the pouring liquid metal into the mold. The liquid metal displaces the plastic model and finally forms a full-cast, which corresponds in shape to the now destroyed lost model. To avoid contamination inclusions in the casting, it is known to add organometallic compounds to the models to partially or completely inhibit the formation of carbon.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modell für das Vollformgießen von
Gußteilen
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Modells und ein im Niederdruck
oder Schwerkraftgießverfahren hergestelltes
Gußteil
unter Verwendung eines verlorenen Modells sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines metallischen Gußteils zu entwickeln, mit dem
ein gezielter Einfluß auf
die Werkstoffeigenschaften des erzeugten Gußteils genommen und mit dem
wirtschaftlicher und mit gesteigerter Produktivität gefertigt
werden kann.The invention has for its object to develop a model for the molding of castings and a method for producing a model and a casting produced by low pressure or gravity casting using a lost model and a method for producing a metallic casting, with a targeted influence on the material properties of the produced casting and can be manufactured with the economic and increased productivity.
Die
Erfindung löst
die gestellte Aufgabe dahingehend, dass ein Modell und ein Verfahren
zur Herstellung eines Modells entwickelt wurde, wobei in das Modell
homogen und feinst verteilt Fasern und/oder Festkörperpartikel
eingebunden sind und zur Herstellung des Modells ein Kunststoffgranulat verwendet
wird, dem in einem ersten Schritt Fasern und/oder metallische Festkörperpartikelpartikel
zugesetzt werden, so dass ein Gemenge vorliegt, in dem die Fasern
und/oder Festkörperpartikelpartikel homogen
und feinst verteilt vorliegen und dass das Gemenge in einem folgenden
Schritt formgebend verdichtet wird und dass das Gemenge anschließend zur
Bildung des Modells bei der für
den Kunststoff verbindlichen Temperatur verbacken wird. Mit der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Modells ist nun die Möglichkeit
geschaffen, ein Modell für
das Vollformgießen
von Gußteilen
zur Verfügung
zu stellen, in das lokal oder homogen und feinst verteilt Fasern und/oder
Festkörperpartikelpartikel
eingebunden sind. Durch eine lokale Anreicherung, z.B. im Bereich der
Zylinder, können
der Aluminiumschmelze beim Einfüllen
in die Gießform
entsprechende Legierungsbestandteile, wie beispielsweise Hartstoffe
und/oder Fasern zur Verfügung
gestellt werden. Als Fasern können
dabei z.B. SiO, Al2O3 oder
vergleichbare Verbindungen dienen und als Hart- beziehungsweise Feststoff,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind z. B. TiO, wobei
der Anteil der Zusätze
an Fasern zwischen 2 Vol.-% und 10 Vol.-% und der Anteil an Festkörperpartikelpartikeln
zwischen 5 Vol.-% und 20 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 8 Vol.-%
und 12 Vol.-%, liegt. Das mit Fasern und/oder Festkörperpartikeln
versehene Kunststoffgranulat kann als Gemenge direkt verbacken werden
oder es können
zusätzliche
organische oder anorganische Bindemittel zur Bildung des Modells
verwendet werden. Als organisches Bindemittel kann dahin zum Beispiel
Stärke dienen,
das während
des Gießvorgangs
verdampft oder als anorganisches Bindemittel zum Beispiel Kieselsäure oder
Wasserglas. Es ist erfindungsgemäß ebenso
vorstellbar, dass Kunststoffgranulat und die Fasern und/oder Festkörperpartikel
vor dem Mischen elektrostatisch aufzuladen, so dass nach dem Mischen
und Verpressen zu einem Modell ein elektrostatisch gebundenes Modell
vorliegt. Als Kunststoffgranulat wird dabei vornehmlich kugeliges
Polystyrol verwendet, das in einer Fraktion von 80 μm bis 200 μm vorliegt.The invention achieves the stated object in that a model and a method for producing a model has been developed, in which the model is homogeneously and finely distributed fibers and / or solid particles are involved and for the production of the model, a plastic granules is used, in a first Step fibers and / or metallic solid particles are added so that a mixture is present in which the fibers and / or solid particles are homogeneously dispersed and finely divided and that the mixture is formed in a subsequent step shaping and that the mixture then to form the model at which is baked for the plastic binding temperature. With the embodiment of the model according to the invention, it is now possible to provide a model for the complete casting of castings into which fibers and / or solid particles of particles are integrated locally or homogeneously and finely distributed. By local enrichment, for example in the region of the cylinder, the aluminum melt can be made available during the filling into the casting mold corresponding alloy components, such as hard materials and / or fibers. As fibers, for example SiO, Al 2 O 3 or comparable compounds can serve and as hard or solid, as they are known from the prior art, for. B. TiO, wherein the proportion of the additions of fibers between 2 vol .-% and 10 vol .-% and the proportion of solid particles between 5 vol .-% and 20 vol .-%, preferably between 8 vol .-% and 12 Vol .-%, lies. The plastic granules provided with fibers and / or solid particles can be baked directly as a mixture or additional organic or inorganic binders can be used to form the model. As the organic binder can serve therefor, for example, starch which evaporates during the casting or as an inorganic binder, for example, silica or water glass. It is also conceivable according to the invention that plastic granulate and the fibers and / or solid particles are electrostatically charged prior to mixing, so that an electrostatically bound model is present after mixing and pressing into a model. Spherical polystyrene, which is present in a fraction of 80 .mu.m to 200 .mu.m, is predominantly used as plastic granulate.
Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird weiterhin dadurch gelöst,
dass ein Gußteil
im Niederdruck- oder Schwerkraftgießverfahren hergestellt wird,
das mit Fasern und/oder Feststoffen angereichert ist. Üblicherweise
ist man beim Infiltrieren von Körpern
in Gußteile
auf die druckbeaufschlagten Gießverfahren angewiesen.
Es ist erfindungsgemäß nun aber
die Möglichkeit
geschaffen, Infiltrationskörper
für drucklose
Gießverfahren
zur Verfügung
zu stellen. Dies bietet den erfindungsgemäßen Vorteil, dass auch komplizierte
Gußteile
mit z.B. Hinterschnitten, die im Druckgußverfahren nicht herstellbar
sind, lokal angereichert werden können. Es ist somit möglich, die Werkstoffeigenschaften
des im Niederdruck- oder Schwerkraftgießverfahren erzeugten Gießteils lokal unterschiedlich
auszubilden. Dabei ergeben sich die eingestellten lokalen Werkstoffeigenschaften
des entstehenden Verbundmaterials aus den eingesetzten Werkstoffarten
und -konzentrationen der Fasern und/oder Feststoffe, die nicht auf
die genannten Fasern und/oder Festkörperpartikel beschränkt sind,
es ist vielmehr möglich
jeden beliebigen, legierungstechnisch sinnvollen Werkstoff in das
Modell einzubinden. Vorzugsweise werden aber Leichtmetallschmelzen
zur Infiltration der Fasern und/oder Feststoffe vorgesehen. Nach
dem Einsetzen des Modells, das auch Preform genannt wird, in die
Gießform, kann
ein Teil des Polystyrols durch den niedrigen Flammpunkt und die
in der Serienfertigung heißen Gießform abbrennen.
Ansonsten wird aber beim Vollformgießen der Kunststoff von der
ein dringenden Schmelze zerstört.
Die in den Zwischenräumen
eingelagerten Feststoffanteile behalten ihre Position und werden
durch sie umspülende
Schmelze eingebunden und es entsteht ein Verbundwerkstoff.The
inventive task
will continue to be solved by
that a casting
produced by low-pressure or gravity casting,
which is enriched with fibers and / or solids. Usually
one is when infiltrating bodies
in castings
relied on the pressurized casting process.
It is according to the invention but now
the possibility
created, infiltration body
for unpressurised
casting process
to disposal
to deliver. This offers the advantage according to the invention that even complicated
castings
with e.g. Undercuts that can not be produced by die casting
are, can be enriched locally. It is thus possible, the material properties
of the casting produced in the low-pressure or gravity casting process locally different
train. This results in the set local material properties
of the resulting composite material from the types of materials used
and concentrations of fibers and / or solids that do not occur
the said fibers and / or solid particles are restricted,
it is possible
Any, alloy-technically meaningful material in the
Integrate model. Preferably, however, light metal melts
intended for infiltration of the fibers and / or solids. To
the insertion of the model, which is also called preform, in the
Casting mold, can
a part of the polystyrene due to the low flash point and the
in mass production burn hot mold.
Otherwise, however, the full plastic casting of the plastic
destroyed an urgent melt.
The in the interstices
embedded solids retain their position and become
lapping around them
Melt integrated and it creates a composite material.
Eingesetzt
werden kann dieses lokale Werkstoffengineering bei Gußteilen
wie beispielsweise Kurbelgehäusen,
etc. im Schwerkraft oder Niederdruckgießverfahren, insbesondere dort,
wo besonders hohe tribologische Eigenschaften gefordert werden.used
This local material engineering can be used for castings
such as crankcases,
etc. by gravity or low pressure casting, especially there,
where particularly high tribological properties are required.